深入理解Linux内核－内存管理

内核如果给自己分配动态内存

动态内存：RAM的某些部分被永久打分配给内核，用来存放内核代码以及静态内核数据结构；剩余的部分被称为动态内存

连续物理内存区管理：

页框管理：
1、页大小的选择，通常情况下主存和磁盘之间传输小数据块更高效，所以Linux选择4kb点页框
2、页描述符：page结构，32字节；存放在mem_map数组中；占整个RAM的大概1%空间，即每页框（4kB）一个描述符(32B),1/128.
3、非一致内存访问（NUMA）：CPU对不同内存单元的访问时间不相同；因为CPU和内存的相对位置不一样，可能导致访问时间不一样。
4、一致内存访问（UMA）


内存区管理：
理想情况，内核对页框对访问没有任何限制，可以任意访问每一个页框。实际上受到硬件限制：
1、ISA总线的直接内存存取（DMA）处理器只能对RAM的前16MB寻址
2、大容量的32位计算机中，CPU不能直接访问所有的物理内存，因为线性地址空间太小。
应对方式，分管理区：
1、ZONE_DMA(16MB)、ZONE_NORMAL(16MB-896MB)、ZONE_HIGHMEM(896MB-)
2、保留页框池：1、满足内存请求时，如果有足够的空闲内存可以使用，请求被立即满足；否则，必须回收一些内存，并且将发出请求的内核控制路径阻塞；
　　　　　　　 2、但是有些内核控制路径不能被阻塞，此时这条内核控制路径应当产生原子内存分配请求，原子请求不被阻塞，如果没有空闲页，分配失败。
　　　　　　　 3、为避免失败，内核为原子内存分配请求保留了一个页框池，只有在内存不足时使用。
             4、根据ZONE_DMA, ZONE_NORMAL大小比例分配保留池
3、伙伴系统算法：1、将空闲页框分11个块链表，每个块链表分别包含大小为1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024个连续的页框
              2、假如申请256个页框，就去256的链表查找，如果没有去512查找，如果有就将512分两半，一半满足请求，一半放到256的链表中。
　　　　　　　　 3、对不同对管理区使用不同的伙伴系统

slab内存分配方法：
1、频繁使用的数据结构也会频繁的分配和释放，应当缓存它们
2、频繁分配和释放内存必然会导致内存碎片。为了避免这种情况，空闲链表的缓存会连续的存放。因为已经释放的数据结构又回放回空闲链表，因此不会导致碎片。
3、回收的对象可以立即投入下一次分配，因此对于频繁的分配和释放，空闲链表能提高其性能。
4、如果分配器能知道对象、页、高速缓存等的大小这样的概念，它会做出更加明智的决策。
5、如果让部分缓存专属于单个处理器，那么，分配和释放就可以在不加SMP锁的情况下进行。
6、如果分配器是与NUMA相关的，它就可以从相同到内存节点为请求者进行分配。
7、对存放的对象进行着色，以防止多个对象映射到相同的高速缓存行。

slab层的设计：
1、slab 由一个或者多个物理上连续的页组成，通常为一页。
2、高速缓存（即空闲链表）被分成多个slab
3、slab 存在三种状态：满、半满、空
4、slab负责内存紧缺情况下所有底层点对齐、着色、分配、释放、回收。 

栈上道静态分配：
1、内核栈小而且固定，用户栈大而且动态
2、栈大小为4～16KB
3、因为内核没有在管理内核栈上面做足工作，当内核栈溢出时，就可能修改了附近的数据例如thread_info。

中断栈：
1、历史上，中断处理程序和被中断的进程使用同一个栈
2、现在中断栈为每个进程提供一个用户处理中断程序的栈


非连续物理内存区管理：
1、将内存映射到连续的页框时最好的选择，这样会充分利用高速缓存并获得较低的平均访问时间。
2、如果对内存区的访问不是很频繁，通过连续的线性地址访问非连续多页框就很有意义，优点是避免了外碎片，缺点时打乱内核页表。
3、非连续内存区的大小必须是4k的倍数

高端内存的映射：
1、高于896MB的所有物理内存的范围大都是高端内存
2、高端内存不会永久的活着自动地映射到内核地址空间，尽管x86能寻址4GB，开启PAE之后能达到64GB
3、